CN109655876B - 氚活度在线探测*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种氚活度在线探测***，所述***包括样品入口和样品出口，在该样品入口和样品出口之间沿一管线依次连接有采样单元和测量单元；所述测量单元包括黑箱、位于箱内的测量组件和位于箱外并与所述测量组件相连的信号传递组件，所述测量组件包括塑料闪烁纤维，该塑料闪烁纤维包括涂有可反光材料的第一塑料闪烁纤维和裸露的第二塑料闪烁纤维。本发明的氚活度在线探测***采用塑料闪烁纤维对放射性进行测量，测量氚样品时响应速度快，测量简单，在测量时间短，且采用了两类塑料闪烁纤维，能够排除其它放射性干扰的特点，实现了复杂环境下氚样品的氚活度实时测量。

Description

氚活度在线探测***
技术领域
本发明设计的探测***，具体为一种氚活度在线探测***。
背景技术
氚是一种发出β射线的放射性核素，该射线能量低，射程短，易屏蔽。如果在氚样品中混有其它放射性核素，氚活度的测量结果极易受到它们的影响。
核电站运行时会产生大量含氚废水，以及含氚废气，这些废水和废气中的氚浓度测量非常困难。因为，这些样品中通常含有其它放射性核素，这些放射性核素会发出各种能量的γ及β射线，这些射线会对氚的测量造成干扰，影响氚活度测量的准确性。
目前的对液态氚样品多采用取样后液闪测量方法。该方法无法实时测量，并需要对复杂组分样品进行提纯处理，测量时间长并且会产生大量放射性废物。而气态氚样品使用电离室测量方法，电离室无法辨别出各种射线的来源。因此会造成测量结果不准。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于塑料闪烁纤维的复杂环境下的氚活度在线探测***，以实现复杂环境中氚样品中氚活度的实时准确测量。
为了实现上述目的，本发明提供了一种氚活度在线探测***，所述***包括样品入口和样品出口，在该样品入口和样品出口之间沿一管线依次连接有采样单元和测量单元；所述测量单元包括黑箱、位于箱内的测量组件和位于箱外并与所述测量组件相连的信号传递组件，所述测量组件包括塑料闪烁纤维，该塑料闪烁纤维包括涂有可反光材料的第一塑料闪烁纤维和裸露的第二塑料闪烁纤维。
所述塑料闪烁纤维互相平行设置，并以在其截面上呈圆形阵列的方式等间距排列。
所述可反光材料为硫化锌、铝薄膜或锡薄膜。
所述测量组件还包括支架，所述支架由一块塑料板及支脚构成，支脚通过螺栓固定在所述黑箱内，塑料板上开有许多小圆孔，所述塑料闪烁纤维直接穿过小圆孔。
所述测量组件还包括导光光纤，所述导光光纤聚拢为分别与第一塑料闪烁纤维和第二塑料闪烁纤维相连的两束；且所述信号传递组件包括两个分别与一束导光光纤相连的光电转换介质和与这两个光电转换介质相连的信号耦合器。
所述测量组件还包括第一光耦合器，两束导光光纤分别通过一个第一光耦合器与第一塑料闪烁纤维或第二塑料闪烁纤维相连。
所述光电转换介质为彼此相连的第二光耦合器和光电倍增管，光电转换介质通过第二光耦合器与导光光纤相连；或者所述光电转换介质为雪崩二极管。
所述信号传递组件还包括一个前置放大器，所述前置放大器与信号耦合器相连。
所述采样单元包括阀门以及通过所述管线与阀门相连的采样泵，所述采样泵的后端与测量单元的入口相连。
所述测量单元与一信号处理单元电连接，所述信号处理单元包括可编程控制模块及电源。
所述可编程控制模块为单片机、PLC或PC。
本发明的氚活度在线探测***采用塑料闪烁纤维对放射性进行测量，测量氚样品时响应速度快，测量简单，在响应时间上优于液闪取样测量技术及电解测量技术，且测量后的样品可以重复利用，不产生任何放射性废物；且将采样单元和测量单元依次排布于管线上，并可实现气态或液态含氚样品的测量；此外，由于本发明采用了两类塑料闪烁纤维，一类有涂层，另一类没有涂层，氚所发出的β射线无法穿透涂层，而干扰核素发出的射线能够穿透涂层，并且涂层对该射线屏蔽影响很小，因此，能够排除其它放射性干扰，将氚所发出的β射线与其它放射性物质发出的射线区分开，实现多种干扰核素的复杂环境下的氚准确测量。此外，本发明的氚活度在线探测***采用光电转化装置和信号耦合器来实现实时的信号相减，能够实时得到测量结果；且其信号处理单元设置为与测量单元电连接，因此信号处理单元能够远离辐射场，减小了射线对电子设备的老化效应及弱信号的干扰，提高了设备使用寿命及测量准确性。
附图说明
图1为根据本发明的一个实施例的氚活度在线探测***的原理图。
图2A为如图1所示的氚活度在线探测***的一种测量单元的原理图。
图2B为如图1所示的氚活度在线探测***的另一种测量单元的原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施案例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示为根据本发明的一个实施例的氚活度在线探测***，所述***包括样品入口40和样品出口50，在该样品入口40和样品出口50之间沿一管线I依次连接有采样单元10和测量单元20，所述测量单元20与一信号处理单元30电连接。
其中，采样单元10包括阀门11以及通过管线I与阀门11相连的采样泵 12，采样泵12的后端与测量单元20的入口相连。
如图2A所示，测量单元20包括黑箱21、位于箱内的测量组件22和位于箱外并与所述测量组件22相连的信号传递组件23，黑箱21分别通过其进样口211和出样口212与采样单元10和样品出口50连通，使得样品通过采样单元10进入黑箱21，并使得黑箱21内充满样品，从样品出口50离开黑箱，且位于箱内的测量组件22使得测量组件22都浸泡在样品里。
其中，黑箱21采用黑色塑料制成，并由此在外部呈现黑色，其内部粘贴有铝箔等反光材料。
所述测量组件22包括塑料闪烁纤维221、导光光纤222和第一光耦合器 223以及用于固定塑料闪烁纤维221的支架224。
其中，塑料闪烁纤维221互相平行设置，并以在其截面上呈圆形阵列的方式等间距排列。其中，塑料闪烁纤维221包括一些涂有可反光材料硫化锌 (也可镀有铝薄膜或锡薄膜等可反光材料)的第一塑料闪烁纤维221a，以及一些裸露的第二塑料闪烁纤维221b。由此，氚所发出的β射线无法穿透可反光材料的涂层，而干扰核素发出的射线能够穿透可反光材料的涂层，并且可反光材料对该射线屏蔽影响很小。因此，能够实现多种干扰核素情况下的氚准确测量。
相应地，所述导光光纤222聚拢为两束，其中一束通过一个第一光耦合器223与第一塑料闪烁纤维221a相连，另一束通过一个第一光耦合器223 与第二塑料闪烁纤维221b相连。其中导光光纤222的长度可根据需要进行调整。第一光耦合器223为塑料闪烁纤维221与导光光纤222的光耦合器。
支架224由一块塑料板及支脚构成，支脚通过螺栓固定在黑箱21内，塑料板上开有许多小圆孔，塑料闪烁纤维221直接穿过小圆孔，从而通过支架 224进行固定。
信号传递组件23包括两个光电转换介质231、一个信号耦合器232和一个前置放大器233，每一个光电转换介质231分别与一束导光光纤222相连，且两个光电转换介质231均与信号耦合器232相连，以通过所述信号耦合器 232实现信号相减。前置放大器233与信号耦合器232相连，以放大相减后的信号。由此，第二塑料闪烁纤维221b照射光电转换介质231发出的信号减去第一塑料闪烁纤维221a照射光电转换介质231发出的信号，最终得到的信号接入前置放大器223。
如图2A所示，所述光电转换介质231可选用彼此相连的第二光耦合器 2311和光电倍增管2312，光电转换介质231通过第二光耦合器2311与导光光纤222相连。
此外，如图2B所示，所述光电转换介质231也可以为雪崩二极管，以起到光电转换以及前置放大作用。
除此之外，信号传递组件23的光电转换介质231、信号耦合器232和一个前置放大器233中的任意一个或多个也可需要放置于黑箱21内或远离黑箱 21。
再请参见图1，信号处理单元30包括：可编程控制模块(如单片机、PLC 或PC)及电源，其中可编程控制模块与测量单元20的前置放大器233(如图2A所示)相连，电源为可编程控制模块、前置放大器233及光电转换介质231供电。
样品出口50可以连接废液缸或者再次把测量后的样品导入样品的来源，比如如果样品来自一管道，可将样品出口连接到该管道上，以把测好的样品再次排入管道。
下面结合图1、图2A和图2B说明采用上述的氚活度在线探测***所实现的氚活度在线探测方法，其具体包括：
S1：打开阀门11，开启采样泵12；
S2：等待一段时间(等待时间与采样速率及黑箱21的空间大小有关) 后，开启信号处理单元30。
S3：通过信号处理单元30读取第二塑料闪烁纤维221b产生的电流I1与第一塑料闪烁纤维221a产生的电流I2的差值ΔI，记录测量时间t，并计算待测样品的活度A。活度A的公式可以根据测量原理自行推导获得。
活度A为：A＝η1·η2·ΔI·n/t
其中，η1为电流与粒子数的转换系数，η2为测量效率，η1和η2的乘积是通过标定实验获得的；ΔI为第二塑料闪烁纤维221b产生的电流与第一塑料闪烁纤维221a产生的电流的差值，单位为A，t是测量时间，单位为s。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种氚活度在线探测***，其特征在于，所述***包括样品入口(40)和样品出口(50)，在该样品入口(40)和样品出口(50)之间沿一管线(I)依次连接有采样单元(10)和测量单元(20)；
所述测量单元(20)包括黑箱(21)、位于箱内的测量组件(22)和位于箱外并与所述测量组件(22)相连的信号传递组件(23)，所述测量组件(22)包括塑料闪烁纤维(221)，该塑料闪烁纤维(221)包括涂有可反光材料的第一塑料闪烁纤维(221a)和裸露的第二塑料闪烁纤维(221b)；
所述塑料闪烁纤维(221)互相平行设置，并以在其截面上呈圆形阵列的方式等间距排列；所述可反光材料为硫化锌、铝薄膜或锡薄膜。
2.根据权利要求1所述的氚活度在线探测***，其特征在于，所述测量组件(22)还包括支架(224)，所述支架(224)由一块塑料板及支脚构成，支脚通过螺栓固定在所述黑箱(21)内，塑料板上开有许多小圆孔，所述塑料闪烁纤维(221)直接穿过小圆孔。
3.根据权利要求1所述的氚活度在线探测***，其特征在于，所述测量组件(22)还包括导光光纤(222)，所述导光光纤(222)聚拢为分别与第一塑料闪烁纤维(221a)和第二塑料闪烁纤维(221b)相连的两束；且所述信号传递组件(23)包括两个分别与一束导光光纤(222)相连的光电转换介质(231)和与这两个光电转换介质(231)相连的信号耦合器(232)。
4.根据权利要求3所述的氚活度在线探测***，其特征在于，所述测量组件(22)还包括第一光耦合器(223)，两束导光光纤(222)分别通过一个第一光耦合器(223)与第一塑料闪烁纤维(221a)或第二塑料闪烁纤维(221b)相连。
5.根据权利要求3所述的氚活度在线探测***，其特征在于，所述光电转换介质(231)为彼此相连的第二光耦合器(2311)和光电倍增管(2312)，光电转换介质(231)通过第二光耦合器(2311)与导光光纤(222)相连；或者所述光电转换介质(231)为雪崩二极管。
6.根据权利要求3所述的氚活度在线探测***，其特征在于，所述信号传递组件(23)还包括一个前置放大器(233)，所述前置放大器(233)与信号耦合器(232)相连。
7.根据权利要求1所述的氚活度在线探测***，其特征在于，所述采样单元(10)包括阀门(11)以及通过所述管线(I)与阀门(11)相连的采样泵(12)，所述采样泵(12)的后端与测量单元(20)的入口相连。
8.根据权利要求1所述的氚活度在线探测***，其特征在于，所述测量单元(20)与一信号处理单元(30)电连接，所述信号处理单元(30)包括可编程控制模块及电源。
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